长输管道材质选择计算书

计算书1工程概况2管线全线基础参数2.1管线管径及设计压力2.2管线埋深本工程管线埋深系结合管道沿线的最大冻土层深度并考虑农耕等人为因素后确定，管顶的埋设深度一般为1.6m。

3遵循的标准规范1、《输油管道工程设计规范》（GB50253－2003）。

2、《油（气）输送管道穿越工程设计规范》（送审稿）。

3、《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分：A级钢管》（GB/T9711.2－1999）。

4设计原则1、管型选取原则参照国内类似工程的管材使用情况，管径≤DN400的管线中：一般地段、穿越地段、热煨弯头均采用ERW钢管制作。

2、壁厚选取原则本工程管线对于管径150＜DN＜300的管道最小壁厚取5.2mm。

5管线全线的壁厚计算5.1 直管段的壁厚计算公式根据《输油管道工程设计规范》（GB50253－2003）的规定，钢管壁厚与设计压力、钢管外径、钢管的强度等级、设计系数有关，钢管壁厚按下式计算：ϕσδS K PD2=式中：φ－焊缝系数；δ－钢管计算壁厚，mm ； P －设计压力，MPa ；σs － 钢管的最小屈服强度，MPa ； D －钢管外径，mm ；K －设计系数。

一般地区取0.72，大中型河流、铁路、二级及以上公路等特殊地段穿越取0.6。

5.2 线路用管5.2.1干线用管钢级的确定根据管线设计压力高、管径小的特点，采用（L360、L390、L415钢级）钢管，并对其进行比选。

1、应用上述公式，计算出管线壁厚；2、圆整选取壁厚，计算出单位管重， 单位管重×管线长度＝管线耗钢量；3、单价×管线耗钢量＝总价管线壁厚、耗钢量计算表管线管材总价计算表根据最新询价结果，无缝钢管的价格高于螺旋缝埋弧焊钢管和直缝电阻焊钢管，直缝电阻焊钢管比螺旋缝埋弧焊钢管的价格略高。

ERW钢管焊接时不需填充金属，并且加热速度快，使得焊接热影响区小，此外ERW钢管还具备外形尺寸精度高等优点，其生产质量符合API5L和GB/T9711.1标准的要求，在国内外油气管道工程中被广泛使用。

从经济上考虑，虽然目前ERW钢管的出厂价格比螺旋缝埋弧焊钢管的出厂价格高出约200元/吨左右，但是由于ERW钢管比螺旋缝埋弧焊钢管焊缝残余应力更小，尺寸精度更高，质量更优，另一方面，根据《输油管道工程设计规范》（GB50253-2003）中的有关规定，管道附件不宜采用螺旋缝埋弧焊钢管制作，若采用螺旋缝埋弧焊钢管，则需另外订购ERW钢管制作热煨弯头，量小难于采购；而管道采用ERW 钢管，则热煨弯头仍可采用ERW钢管制作。

因此为了保证供货周期，本工程推荐采用ERW钢管。

D273.1用L415钢级的钢管价格较低。

综合考虑比选结果，统一管线钢级后，为便于订货，缩短订货周期，统一采用L390钢级的钢管。

5.2.2用管壁厚的确定根据《输油管道工程设计规范》（GB50253－2003）的规定，对于不同设计压力、管径的壁厚计算值及选取值见表。

干线用管计算表5.2.3线路热煨弯头壁厚计算及选择1）热煨弯头强度计算公式δb=δ*mm =（4R－D）/（4R－2D）式中：δb–弯头或弯管计算壁厚，mm。

δ–弯头或弯管所连接的直线管段计算壁厚，mm。

m –弯头或弯管壁厚增大系数。

R –弯头或弯管的曲率半径，6D。

D –弯头或弯管外直径，mm。

热煨弯头在制作过程中其外弧部位会因为拉伸而减薄。

根据相关标准要求和制作经验，其减薄量约为7%~8%。

为保证制作弯头的壁厚达到设计要求，本工程用于制作弯头的钢管的壁厚计算时考虑10%的减薄余量。

经计算，本工程管线对应热煨弯头壁厚计算及选择见表热煨弯头壁厚计算表在下步工作中，将根据《输油管道工程设计规范》GB50253-2003附录G中G.0.3条的要求，委托有相应资质的单位开展热煨弯头样品的爆破试验，以试验结果最终确定热煨弯头壁厚。

6管道强度及稳定性校核当管道壁厚和材质确定后，根据管道的工作条件和环境状况进行强度、稳定性校核。

6.1管道强度校核6.1.1 管线的刚度管子需要有一定的刚性，否则在装卸、运输、堆放、下沟、回填等过程中会使管子严重变形或压瘪，一旦发生这种情形，管段即报废。

管子的刚度与材料强度无关，而与材料的弹性模量、直径与壁厚比(D/δ)有关。

因各种等级钢号的弹性模量都是一样的，故只考虑直径与壁厚比(D/δ)即可。

同直径的管子壁厚越厚，D/δ就越小，管子刚性越好。

本工程D/δ=273.1/6.4=42.7<140，D/δ=273.1/7.1=38.5<140，D/δ=219.1/5.2=42.1<140，满足要求。

根据《输油管道工程设计规范》（GB50253-2003）第5.6.1节，钢管的外直径与壁厚的比值不应大于140，本工程管线的刚度均能满足要求。

6.1.2 管线的强度校核对于埋地，受约束热胀直管段，按最大剪切应力强度理论计算的当量应力必须满足下式要求：s a h e σσσσ9.0≤-=式中，σe －当量应力，MPa ；σs －钢管的最低屈服强度，MPa ； σa －内压和温度引起的轴向应力， σh －管内压引起的环向应力，MPa ； σh ＝Pd/(2δ)其中，P －设计压力，MPa ； d －管子内径，m ；δ－管子的公称壁厚（按最小考虑），m ；σa ＝μσh ＋E α(t 1-t 2),MPa ；其中，μ－泊桑比，μ＝0.3；E －钢材弹性模量，E ＝2.05×105 MPa ； α－钢材线膨胀系数，α＝1.2×10-5 m/(m·℃)； t 1－管道连头时温度，－5℃（按保守考虑）； t 2—管道的工作温度，即管内输送介质的温度75℃；下面以管线最不利情形（壁厚最薄，温差考虑极限温差）进行应力计算和当量应力校核，见表e s6.2 管道稳定性校核在某些地段管线埋深会较深，在此种情况下，对管线的径向稳定性进行验算。

管道的径向稳定性按无内压状态校核：D X 03.0≤∆123n I δ=DH W γ=其中：D ——钢管外径（m ）；ΔX ——钢管水平方向最大变形量（m ）； R m ——钢管平均半径（m ）；W ——作用在单位管长上的总竖向荷载（MN/m ）； Z ——钢管变形滞后系数，取1.5； K ——基座系数；取0.103；E ——管材弹性模量（N/m 2），取2.05×105； I ——单位管长截面惯性矩（m 4/m ）； δn ——钢管公称壁厚（m ）； E S ——回填土壤的变形模量（MPa ）； γ——土壤容重（MN/m 3），取0.0167；H ——管顶回填土高度（m ）。

管道稳定性校核计算结果表注：标准铺管条件设计系数管道敷设在未扰动的土上，管道中线以下的土轻压实，取E ′=2.0MPa ，基座系数为33061.0mS mR E EI ZKWR X +=∆0.105；管道敷设在厚度最少为10cm 的松土垫层内，管顶以下回填土轻轻压实，取E ′=2.8MPa ，基座系数为0.103。

经验算，在本工程原油管道设计埋深及外载荷情况下，用管均满足径向稳定要求。

7管道抗震强度校核在遇到地震影响时，为了保证管道安全，避免或减少管道的破坏和防止发生次生灾害，根据《输油（气）钢质管道抗震设计规范》SY/T0450-2004的要求，对位于设计地震动峰值加速度大于或等于0.2g 地区的管道，应进行抗拉伸和抗压缩校核。

6.4.1.2 管道通过地震烈度区的抗震计算1） 埋地直管道在地震波作用下所产生的最大轴向应变C 4aTgmax π±=ε式中：a —设计地震动峰值加速度；c —波的传播速度，即场地剪切波速； εmax —地震波引起的最大管道轴向应变。

2） 操作条件下的管道轴向应变E σε=)(21t t E h -+=αμσσn h pd δσ2=式中：ε—由于内压和温度变化产生的管道轴向应变；σ—由于内压和温度变化产生的管道轴向应力，MPa ； σh —由内压产生的管道环向应力，MPa ； p —管道的设计内压力，MPa ； δn —管子公称壁厚，mm ； d —管子内径，mm ；E —钢材的弹性模量，MPa 。

3）管道抗震动校核当εmax+ε≤0时，│εmax+ε│≤[εc]v ； 当εmax+ε≥0时， εmax+ε≤[εt]v ； 式中：εmax —地震波引起的最大轴向拉、压应变；[εt ]v ，[εc ]v －埋地管道抗振动的轴向容许拉伸、压缩应变。

4） 埋地管道抗振的轴向容许应变 a)容许压缩应变可按下式计算：[]D v c δε35.0=式中： δ－管道壁厚，mm ； D －管子外径，mm 。

b)容许拉伸应变[εt]v<1.0%。

5）计算结果对于管道通过Ⅶ、Ⅷ区，计算结果如下：a) 管道最大压缩应变：｜εmax+ε｜< [εc]vb) 管道最大拉伸应变：εmax+ε< [εt]v所以管道通过Ⅶ度区和Ⅷ度区时，管道是安全的，不用采取防震措施。

根据现场勘察，本段管线与大河沿——洛包泉断裂交汇处地震动峰值加速度等于0.2g，因此，对通过该区的管道进行抗拉伸和抗压缩校核。

通过活动断层的埋地管道计算由于断层错动引起管道长度的变化ΔL，计算：ΔL=ΔX+（ΔY2+ΔZ2）/4L AΔX=ΔHcosβΔY=ΔHsinβ式中：ΔX——平行于管道轴线方向的断层位移（m）ΔY——管道法线方向的断层位移（m）ΔZ——垂直方向的断层位移（m）β——活动段层带与管道轴线的夹角（º）ΔH——水平方向的断层位移（m）L A————断层一侧过渡段的管道长度（m），当管道受拉伸时，L A=Lt；当管道受压缩时，L A=Lc；Lt——管道受拉伸时断层一侧管道的滑动长度（m）Lc——管道受压缩时断层一侧管道的滑动长度（m）其中，ΔH，ΔZ，β应经地震地质工程勘察确定。

（1）管道经过活动断层受拉时，应按下列准则进行抗震校核：若ΔL≤[ΔLt］，可不采取抗震措施；若ΔL＞[ΔLt］，则需采取抗震校核。

其中：ΔL——断层错动引起的管道长度变化，按上面述计算。

[ΔLt] ——管道受拉伸时允许的最大长度变化。

（2）管道经过活动断层受压时，应按下列准则进行抗震校核：若ΔL≤[ΔLc]，可不采取抗震措施；若ΔL ＞[ΔLc ］，则需采取抗震措施。

其中：[ΔLc ］——管道受压缩时允许的最大长度变化。

（3）管道受拉伸时，最大允许的长度变化[ΔLt ］，即管道适应断层活动的能力，按下式来计算：[ΔLt ］=2（L e e ε+L p p ε）L e =FD 1δσπ×106L p =F D )(12σσδπ-×106eε=112E σ p ε=22122E σσσ-+式中L e ——管道弹性部分的滑动长度 L p ——管道塑性部分的滑动长度 e ε——平均弹性应变 p ε——平均塑性应变σ0——在应力与应变图中，点),(11σε和点),(22σε连线的延伸线与σ轴的交点处的应力值（Mpa ）1σ——材料应力—应变简化折线中的材料弹塑性变形开始点的应力（Mpa ）2σ——弹塑性区与塑性区交点处的应力（Mpa ） E 1——弹性区的材料弹性模量（Mpa ） E 2——弹塑性区的材料弹性模量（Mpa ） 断层一侧管道的滑动长度按下式计算L t =L e+L p（4）管道受压缩时，最大允许的长度变化[ΔLc ］应按下式计算：[ΔLc ］=2L c c εL c =FD c δσπ×106c σ=Min ｛0.3×DE 1δ,s σ｝取较小值 c ε=12E c σ式中L c ——管道受压缩时断层一侧管道的滑动长度（m ）c σ——管道受压缩失稳时的临界压缩应力（Mpa ）c ε——管道受压缩失稳时的平均应变s σ——管道材料的标准屈服强度（Mpa ）7土壤与管道外表面之间单位长度上的摩擦力可按下式计算：F=μ(2W+W p )W=s ρDHgW p =g D D m ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-ρδπδρδπ2)2(4)( 式中 F ——纵向摩擦力（N/m ）；μ——土壤与管道外表面之间的摩擦系数；W ——管道上表面至管沟上表面之间的土壤单位长度上的重力（N/m ） W p ——管道和内部介质的自重（N/m ）m ρ——管道材料的密度（kg/m 3）ρ——输送液体的密度（kg/m 3）摩擦系数μ与管道表面防腐涂层的类型和土壤的种类及湿度有密切关系。